[發明專利]一種Inconel 625合金多層多道激光熔覆過程中晶體生長數值模擬方法

有效

• 申請號: 202010130660.7
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111370078B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 張敏;郭宇飛;黃超;郭釗;張立勝;王剛
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 張皎

1.一種Inconel625合金多層多道激光熔覆過程晶體生長數值模擬方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：

步驟1：定義第一層第一道熔池形狀；

步驟2：建立第一層第一道熔池中枝晶形核與生長模型；

步驟3：建立第一層第一道熔池中溶質分配與擴散模型；

步驟4：定義第一層第二道熔池形狀；

步驟5：建立第一層第二道熔池中枝晶形核與生長模型；

步驟6：建立第一層第二道熔池中溶質分配與擴散模型；

步驟7：定義第二層第一道熔池形狀；

步驟8：建立第二層第一道熔池中枝晶形核與生長模型；

步驟9：建立第二層第一道熔池中溶質分配與擴散模型；

步驟10：定義第二層第二道熔池形狀；

步驟11：建立第二層第二道熔池中枝晶形核與生長模型；

步驟12：建立第二層第二道熔池中溶質分配與擴散模型；

步驟13：計算并導出模擬結果；

步驟1具體按照以下步驟實施：

步驟1.1、第一層第一道熔覆層模擬時，將整個模擬區域分為兩個部分，上半部分熔池以外的區域定義為空氣，下半部分熔池以外的區域定義為母材；

步驟1.2、上半部分熔池形狀通過以下公式建立：

步驟1.3、下半部分熔池形狀通過以下公式建立：

所述步驟1.2、1.3中(i,j)為任意一點的坐標；(i₁,j₁)為上半部分熔池頂部的坐標；(i₂,j₂)為下半部分熔池底部的坐標；

步驟2具體按照以下步驟實施：

步驟2.1、步驟1模擬所得的熔池模型采用相同的基于高斯分布的準連續形核模型，在某一過冷度ΔT時所形成的晶粒密度n(ΔT)如下式所示：

dn/d(ΔT)的表達式如下：

所述步驟2.1中：n_max為非均勻形核密度的最大值；ΔT_σ為標準曲率過冷度；ΔT_max為最大形核過冷度；

步驟2.2、晶核形成后在過冷度的作用下會不斷生長，在生長過程中排出的溶質濃度為：

所述步驟2.2中：Dl為液相擴散系數；Δt為步長時間；dx為網格尺寸；

步驟2.3、隨著晶粒的長大，液相不斷地轉變為固相，固相率的增長用下式進行計算：

所述步驟2.3中：k0為溶質平衡分配系數；A為擾動因子；rand()能夠在[0,1]產生一個隨機數；

步驟3具體按照以下步驟實施：

枝晶在生長過程中排出的溶質會導致枝晶周圍液相溶質濃度升高，使液相元胞間出現較大的濃度梯度，這必然加劇溶質的擴散，對于二維非穩態溶質擴散，采用如下控制方程：

式中：Dl、Ds分別表示液相擴散系數和固相擴散系數；

步驟4具體按照以下步驟實施：

步驟4.1、第一層第二道熔覆時，在第一層第一道熔覆層的基礎上，將激光熱源向左偏移進行第二道熔覆，形成第一層第二道熔池；

步驟4.2、第一層第二道熔池的上半部分熔池形狀通過以下公式建立：

步驟4.3、第一層第二道熔池的下半部分熔池形狀通過以下公式建立：

所述步驟4.2、4.3中：(i,j)為任意一點的坐標；(i₃,j₃)為上半部分熔池頂部的坐標；(i₄,j₄)為下半部分熔池底部的坐標；

步驟5與步驟2的具體實施步驟相同；

步驟6與步驟3的具體實施步驟相同；

步驟7具體按照以下步驟實施：

步驟7.1、第二層第一道熔覆時，在前一層熔覆層的基礎上，將激光熱源移動到第一層第一道熔覆層上方進行第二層第一道熔覆，形成第二層第一道熔池；

步驟7.2、第二層第一道熔池的上半部分熔池形狀通過以下公式建立：

步驟7.3、第二層第一道熔池的下半部分熔池形狀通過以下公式建立：

所述步驟7.2、7.3中：(i,j)為任意一點的坐標；(i₅,j₅)為上半部分熔池頂部的坐標；(i₆,j₆)為下半部分熔池底部的坐標；

步驟8與步驟2的具體實施步驟相同；

步驟9與步驟3的具體實施步驟相同；

步驟10具體按照以下步驟實施：

步驟10.1、第二層第二道熔覆時，在第二層第一道熔覆層的基礎上，將激光熱源向左偏移進行第二層第二道熔覆，形成第二層第二道熔池；

步驟10.2、第二層第二道熔池的上半部分熔池形狀通過以下公式建立：

步驟10.3、第二層第二道熔池的下半部分熔池形狀通過以下公式建立：

所述步驟10.2、10.3式中：(i,j)為任意一點的坐標；(i₇,j₇)為上半部分熔池頂部的坐標；(i₈,j₈)為下半部分熔池底部的坐標；

步驟11與步驟2的具體實施步驟相同；

步驟12與步驟3的具體實施步驟相同。

2.根據權利要求1所述的一種Inconel625合金多層多道激光熔覆過程晶體生長數值模擬方法，其特征在于，步驟13具體按照以下步驟實施：

基于步驟1～12所構建的模型進行編程，輸入Inconel 625合金的熱物性參數以及各種激光熔覆工藝參數，在數值模擬軟件上進行計算即可得到Inconel 625合金多層多道激光熔覆過程中枝晶生長的模擬結果。